静电纺丝技术的工艺原理及应用
静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。这一技术的核心是使带电荷流体在静电场中流动与变形，最终得到纤维状物质，从而为高分子成为纳米功能材料提供了一种新的加工方法。由于纳米纤维具有许多特性，例如纤维纤度细、比表面积大、孔隙率高，因而具有广泛的应用。
1、静电纺技术
静电纺是一项简单方便、廉价而且对环境无污染的纺丝技术。早在20世纪30年代，Formals A就已经在其专利中报道了利用高压静电纺丝，但是直到近些年，由于对纳米科技研究的迅速升温，激起了人们对这种可制备纳米尺寸纤维的纺丝技术进行深入研究的浓厚兴趣。
1.1 静电纺技术的基本原理
静电纺丝技术(Electrospinning fiber technique)是使带电的高分子溶液(或熔体)在静电场中流动变形，经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，从而得到纤维状物质的一种方法。对聚合物纤维电纺过程的图式说明见图1。
静电纺丝机的基本组成主要有3个部分：静电高压电源、液体供给装置、纤维收集装置。静电高压电源根据电流变换方式可以分成DC／DC和AC／DC两种类型，实验中多用IX；／DC电源。液体供给装置是一端带有毛细管的容器(如注射器)，其中盛
有高分子溶液或熔体，将一金属线的一端伸进容器中，使液体与高压电发生器的正极相连。纤维收集装置是在毛细管相对端设置的技术收集板，可以是金属类平面(如锡纸)或者是旋转的滚轮等。收集板用导线接地，作为负极，并与高压电源负极相连。另外随着对实验要求的提高，液体流量控制系统也被渐渐的采用，这样可以将液体的流速控制得更准确。电场的大小与毛细管口聚合物溶液的表面张力有关。由于电场的作用，聚合物溶液表面会产生电荷。电荷相互排斥和相反电荷电极对表面电荷的压缩，均会直接产生一种与表面张力相反的力。当电场强度增加时，毛细管口的流体半球表面会被拉成锥形，称为Taylor锥。进一步增加电场强度，是用来克服表面张力的静电排斥力到达一个临界值，此时带电射流从Taylor锥尖喷射出来。带电后的聚合物射流经过不稳定拉伸过程，
变得很细很长。同时溶剂挥发，得到带电的聚合物纤维。
1.2 静电纺制备纳米纤维的装置
目前尚无用于实验的定型的静电纺丝机生产和出售，各研究单位均按照其主要的基本构件(高压静电发生器、进样器、收集器3部分)，根据各自的条件自行安装。Larrondo L和Manley设计出用于熔体的静电纺丝机，如图2。其中的主要部件分别为：1不锈钢圆筒；2不锈钢壁；3传热夹套；4加热管；5保温层；6热电偶；7不锈钢圆筒下口；8不锈钢毛细管；9毛细孔；10石棉板；1l活塞；12液压泵；13金属压板；14喷丝孔；
大量的研究丁作集中在干法溶液纺丝的静电纺丝工艺，典型的静电纺丝装置有水平式和垂直式，这两种静电纺丝机除收集的位置不同外，其他的结构组成基本一样。
1.3 静电纺丝的影响因素
静电纺丝工艺中，影响聚合物纤维特性的工艺变量主要为聚合物流体特性和纺丝工艺参数两个方面。聚合物流体特性主要是聚合物的相对分子质量、相对分子质量分布、链段结构和聚合物流体(溶液或熔融体)的粘性、电导率、表面张力等特性参数。纺丝工艺参数主要包括静电场强度、毛细管喷丝头与接收板间的距离、聚合物流体的流速、接收板的运动形式及纺丝环境温度和湿度等工艺参数。
(a)聚合物溶液浓度。聚合物溶液浓度越高，粘度越大，表面张力越大，而离开喷嘴后液滴分裂能力随表面张力增大而减弱。通常在其它条件恒定时，随着浓度增加，纤维直径增大。
(b)静电纺丝流体的流动速率。当喷丝头孔径固定时，射流平均速度显然与纤维直径成正比。
(c)电场强度。随电场强度增大，高分子静电纺丝液的射流有更大的表面电荷密度，因而有更大的静电斥力。同时，更高的电场强度使射流获得更大的加速度。这两个因素
均能引起射流及形成的纤维有更大的拉伸应力，导致有更高的拉伸应变速率，有利于制得更细的纤维。
(d)毛细管口与收集器之间的距离。聚合物液滴经毛细管口喷出后，在空气中伴随着溶剂挥发，聚合物浓缩固化成纤维，最后被接收器接收。随两者间距离增大，直径变小。
(e)收集器的状态不同，制成的纳米纤维的状态也不同。当使用同定收集器时，纳米纤维呈现随机不规则情形；当使用旋转盘收集器时，纳米纤维呈现平行规则排列。因此，不同设备条件所生成的纤维网膜不同。
2、纳米纤维
纳米纤维主要包括两个概念：一是严格意义上的纳米纤维，是指纤维直径小于100nm 的超微细纤维。另一概念是将纳米微粒填充到纤维中，对纤维进行改性，也就是我们通常意义上的纳米纤维。采用性能不同的纳米微粒，可开发抗菌、阻燃、防紫外、远红外、抗静电、电磁屏蔽等各种功能性纤维，这一领域是目前国内开发的热点。通过静电纺制备的纳米纤维属于前者。
2.1 国内外静电纺丝制备纳米纤维的研究现状
当前，静电纺丝已经成为纳米纤维的主要制备方法之一。对静电纺丝的研究较深人而且涉及到很多方面，Greiner AEsJ详细分析了静电纺丝制造出的纳米纤维的外形的几乎所有的参数。Bunyan N等研究了在牵伸过程中纳米纤维的形态、取向及沉积的变化，重新设计工艺来控制纳米纤维在接受装置上的沉积，具体T艺是通过对射流路径、接受装置的设计和熔体性质的控制来实现的。Jun Z等研究了静电纺丝中表面张力，溶液粘度，溶液传导率，聚合物玻璃态转变温度对纤维形状尺寸的影响，发现其中溶液粘度的影响最大。Fong H等研究了静电纺纳米纤维的形成，详细分析射流的过程变化。
目前，国内已有中国纺织科学研究院张锡伟等人采用静电纺丝法纺制纳米纤维聚丙烯腈纤维毡。聚丙烯腈纤维是制备碳纤维的主要原料，将纳米级聚丙烯腈纤维毡经过预氧化及氧化加工后可制成纳米级碳纤维毡，碳纤维越细，碳纤维复合材料的粘合性能就越好。东华大学等高校目前也在做纳米纤维的探索研究工作。
2.2 静电纺纳米纤维的应用
纳米纤维具有极大的比表面积。它在成型的网毡上有很多微孔，因此有很强的吸附力以及良好的过滤性、阻隔性、粘合性和保温性。利用纳米纤维的这些特性可制作吸附材料和过滤材料等，并可有效地用于原子工业、无菌室、精密工业、涂饰行业等。其过滤效率较之常规过滤材料效率大大提高。Danaldson公司已经制造出ultra—web牌纳米纤维滤材，以聚偏氟乙二烯为支撑基材，纳米纤维膜为滤材的气体微滤膜和液体微滤膜组件。纳米纤维滤材不仅提高了其过滤性能而且环境适应范同广，污染物浓度适应范围宽。抗污染能力更强。
在服装方面纳米纤维应用前景也是令人瞩目的，可以利用纳米纤维的低密度、高孔隙度和大的比表面积做成多功能防护服。如美国ASSC Natick开发中心的GibsonLl发现用静电纺丝法制备的纳米级无纺膜对以气溶胶形式存在的生物化学制剂具有很好的防护
作用。通过比较发现，无纺膜对气溶胶的过滤性能大大优于现在装备军队的保护性服装材料。另外，无纺膜的孔状结构形成内外贯通的微孔，这有利于毛细管吸水，与其他膜相比，无纺膜对气相水分扩散的阻力最小。因此无纺膜不但有良好的过滤性能．还有良好的透气性，这对保护性服装特别有利。此外，利用静电纺纳米纤维还可以做成抗静电、抗紫外、防微波、耐日晒、抗氧化、隐身眼装以及智能服装等。
静电纺丝纤维由于具有很好的生物相容性和结构相容性，已经在组织工程支架、移植涂膜、药物释放、刨伤修复等方面得到了应用。静电纺丝形成的纳米纤维结构基本上
能够满足组织工程支架的要求，支撑并引导细胞繁殖。用静电纺丝法制备的乙交酯／丙交酯共聚物细胞支架。其结构与天然组织细胞外基质类似，具有多孔性、宽的孔径分布和良好的机械性能。景遐斌等ll们将阿霉素溶解在可生物降解高分子溶液中进行静电纺丝，形成包裹有阿霉素的超细纤维无纺布或纤维毡。Brignocchi A等报道了细胞在纳米
纤维上的生长，可直接朋于治疗创伤和皮肤的烧伤。在电场的辅助下，可将带功能性的聚合物直接纺到皮肤的损伤部位，形成修复性无纺纤维膜。除此之外，纳米纤维在生物医用材料方面的应用还有仿生材料、细胞载体等。
静电纺纳米纤维的比表面积比通用膜大得多，因此，用在传感器方面可以大大提高其灵敏度。Ding B等将可交联的聚丙烯酸(PAA)与聚乙烯醇(PVA)混合，电纺在石英晶体微平衡器(QCM)表面上制得对NH3敏感的气体传感器。其中，PAA与PVA的含量比率不仅影响静电纺丝的结构形态，也影响对NH3的敏感性。NH3的敏感性试验表明，影响传
感器灵敏度的冈素主要有PAA含量、NH3浓度、空气相对湿度等。
此外，纳米纤维在高分子纳米模板、纳米复合改性材料、航空航天等方面也都有广泛的用途。
3、存在问题
静电纺纤维最主要的特点是所得纤维的直径较细，新形成的非织造布是一种有纳米级微孔的多孔材料，因此有很大的比表面积，有多种潜在用途。但是，目前的电纺技术在推广上存在一定技术问题：第一，由于静电纺丝机设计的构型。此法得到的只能是非织造布，而不能得到纳米纤维彼此可分离的长丝或短纤维；第二，目前静电纺丝机的产量很低，其产量典型值为1mg／h～1g／h的范围，难以大规模应用；第三，由于多数条件下静电纺丝中的拉伸速率较低，纺丝路程很短，因此在这一过程中高分子取向发展不完善，结果电纺纳米纤维的强度较低。
至今为止有关纳米纤维形态和材料特性的基础研究工作仍处于初期阶段，系统化深入地研究静电纺丝制备纳米纤维的工艺非常迫切：一方面如何实现纳米纤维尺度、导向和其他预期特征的控制和重复操作，仍是静电纺丝生产纳米纤维领域的主要难题；另一方面。对聚合物体系在静电场中流体不稳定性进行精确描述是制备纳米纤维的关键。4、发展前景
静电纺丝工艺生产高性能聚合物纳米纤维的工艺流程简单，普遍适用现有的聚合物和生物高分子溶液或熔体。由于静电纺丝纳米纤维的独特结构和优越特性，广泛用于过滤材料、生物医用和纳米级电子仪器领域。因此应用静电纺丝工艺设计和开发功能化纳米纤维是新兴功能材料领域的一个研究热点。随着纳米纤维纺丝机的不断完善和提高，大规模低成本生产纳米纤维材料已成为可能，静电纺纳米纤维的市场发展前景十分看好。
静电纺丝技术及其应用 师奇松, 于建香, 顾克壮, 马春宝, 刘太奇 * (北京石油化工学院材料科学与工程系,北京102617) 摘 要:静电纺丝是一种新技术,它可制备出直径为纳米级的丝,最小直径可至1纳米。介绍了电纺丝制备原理、设备、影响纤维性能的主要工艺参数,综述了静电纺丝技术应用的最新进展,如制备长度无限可控的微米 纳米管子、超净纳米过滤材料等。关键词:纳米材料;纳米纤维;静电纺丝;应用中图分类号:TS 102.5 文献标识码:A 文章编号:0367-6358(2005)05-313-04 Electrospinning Technique and Its Application SHI Q-i song, YU Jian -xiang, GU Ke -zhuang, MA Chun -bao, LI U Ta-i qi * (De partment of Mate rial Scie nce and Enginee ring ,Be ijing Inst itute o f Petro -c he mic al Tec hnology ,Bei j ing 102617,China) Abstract :Electrospinning is a new technique,which can be used to prepare nanofibers with a diameter down to 1nm.In this paper,the theory of electrospinning technique,the equipments for preparing a electrospun fiber and the technological parameters affecting the properties of electrospun fibers were introduced.The new development of the applications of electrospinning technique,such as the preparation of micro nano tubes with controlled lengths and super -purification filtering materials,was reviewed. Key words :nanometer material;nanofiber;electrospinning;application 收稿日期:2003-11-14;修回日期:2004-01-12 基金项目:北京市组织部优秀人才启动经费(BZ00172002),北京市人事局留学人员科技活动择优资助项目(BR -016002)作者简介:师奇松(1977~),女,讲师,主要从事纳米纤维、相变材料的研究。E -mail:liutaiqi@https://www.doczj.com/doc/a415565252.html,. 纳米纤维主要包括两个概念:一是严格意义上的纳米纤维,是指纤维直径小于100nm 的超微细纤维。另一概念是将纳米微粒填充到纤维中,对纤维进行改性,也就是我们通常意义上的纳米纤维。纳米纤维有以下几种制备方法:静电纺丝法、海岛形双组分复合纺丝法、分子喷丝板纺丝法、聚合过程中直接制造直径纳米纤维,以及采用直接纺丝或后整理方法将纳米粉体材料与纤维复合,制备纳米纤维的方法 [1-3] 。 1 静电纺丝技术 由于超细纤维的优良性能,人们对其制造方法进行了广泛的研究,但是用传统的纺丝方法很难纺出直径小于500nm 的纤维。而静电纺丝方法则能够纺出超细的纤维,直径最小可至1nm 。1.1 静电纺丝的成形工艺 静电纺丝技术与传统纺丝技术有着明显的不同,即静电纺丝技术通过静电力作为牵引力来制备超细纤维。图1是静电纺丝装置示意图。如图所示,在静电纺丝工艺过程中,将聚合物熔体或溶液加上几千至几万伏的高压静电,从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力。当电场力施加于液体的表面时,将在表面产生电流。相同电荷相斥导致了电场力与液体的表面张力的方向相反。这样,当电场力施加于液体的表面时,将产生一个向外的力,对于一个半球形状的液滴,这个向外的力就与表面张力的方向相反。如果电场力的大小等于高分子溶液或熔体的表面张力时,带电的液滴就悬挂在毛细管的末端并处在平衡状态。随着电场力的增大,在毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将被拉伸成圆锥状,这就是Taylor 锥。当电场力
TiO2纳米纤维薄膜的制备及其光催化研究杭州师范大学材料与化学化工学院应化081班 应用化学专业林洁指导老师：叶映雪 摘要二氧化钛是对光催化非常有用的最好半导体光催化剂中的一种。在这篇文献中，我们通过快速淬灭的静电纺丝处理过程来制备二氧化钛纳米纤维薄膜。制备的薄膜由连续的并且多孔的锐钛矿二氧化钛纳米纤维组成，该纳米纤维的直径大小为60-115nm。同时，我们得到了一种最佳的淬灭方法。光催化测量研究表明，锐钛矿TiO2纳米纤维薄膜的光催化效率为72%，这远远高于锐钛矿TiO2薄膜的光催化效率（44%）。我们认为，大的而且特殊的表面积大大地提高了光催化反应性能，同时，较好的形状保留特性使其具有了很好的恢复性和实用性能。在这里，我们将讨论其对环境净化的潜在应用。 关键词纤维技术静电纺丝纳米材料纳米纤维光催化活性 1.引言 由于二氧化钛具有很高的光活性、久耐光性、化学和生物惰性、机械稳固性和价格低廉等优点，其过去常常被认为是可作为光催化[1]的最好半导体光催化剂中的一种。由于光催化反应主要发生在催化剂的表面，高的表面积和体积比对于增加分解速率具有非常重要的意义。TiO2纳米粒子和纳米晶状薄膜已经展示了非常高的光催化活性[2,3]。就这些形式的TiO2而言，虽然已经取得了很大进展，但是纳米粉末具有很低的恢复性和回收利用性限制，纳米薄膜具有很小的接触面积，故此将其用于商业用途还存在着很大瓶颈。纳米纤维有望解决这些问题，因为其结合了纳米粉末和薄膜两者的特点，如连续性和容易制备成多孔透气的纳米纤维薄膜，同时又是由纳米晶体构成的[4]。然而，据我们所知，先前的研究主要聚焦于利用静电纺丝制备技术制备TiO2纳米纤维[5,6]，虽然在250nm TiO2纤维[16]方面已经做了很多工作，但是对于直径小于100nm的TiO2纳米纤维的光催化性质却只有非常少的经验研究。 制备TiO2纳米粉末[7,8]\、纳米管[9]和纳米线[10]的方法有很多种，但是用于制备TiO2纳米纤维却仅仅只有几种，如静电纺丝技术[5]\、水热法[11]等等。其中，静电纺丝技术可用于制备直径从几十到几百纳米[12]连续变化的纤维方面，而且已经成为了一种成熟的方法，从而很容易得到用于水净化的多孔透水纳米纤维薄膜。 在这篇文献中，通过使用快速淬灭过程的静电纺丝处理技术以制备TiO2纳米纤维纤维
第七节静电现象的应用 【知识要点】 要点一处理静电平衡的“观点” 1．远近观 “远近观”是指处于静电平衡状态的导体，离场电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分可认为无感应电荷产生．2．整体观 “整体观”是指把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看作是一个大导体，再用“远近观”判断它们的带电情况． 要点二静电平衡两种情况的实现方法和其本质是什么？ 1．两种情况 (1)导体内空腔不受外界影响，如图1－7－2甲所示． (2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示． 图1－7－2 2．实现过程 (1)如图甲，因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，对内实现了屏蔽． (2)如图乙，当空腔外部接地时，外表面的感应电荷将因接地传给地球，外部电场消失，对外起到屏蔽作用． 3．本质：静电感应与静电平衡. 【例题分析】 一、静电平衡下的导体 【例1】如图所示， 图1－7－一导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空 间P点产生的电场强度的大小为E A.在A球球心与P点连线上 有一带负电的点电荷B，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为E B.当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小应为()
A．E B B．E A＋E B C．|E A－E B| D．以上说法都不对 答案 D 解析当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时，导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面．根据题意，均匀分布在导体球上的电荷在P点产生的场强为E A，当把点电荷放在B点后，虽然导体球所带的总电荷量未变，但因静电感应，导体球上的电荷将重新分布，直到达到静电平衡．这时，导体球上的电荷在P点产生的场强E A′不等于E A.由于点电荷不涉及电荷如何分布的问题，它在P点产生的场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为E B，当点电荷与导体球A 同时存在时，P点的场强应由E A′与E B叠加而成，而不是由E A与E B叠加，这样就能立即断定A、B、C三个选项都是不对的． 二、静电平衡 【例2】将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属 图1－7－4 空心球C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C 靠近，如图1－7－4所示，说法正确的有() A．A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向 B．A的位置不变，B往右偏离竖直方向 C．A往左偏离竖直方向，B的位置不变 D．A和B的位置都不变 答案 B 解析带正电的小球A放在不带电的空心球C内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电．因此，金属空心球C和带电小球B带异种电荷，所以B受C球的吸引往右偏离竖直方向．而由于空心球C能屏蔽小球B所产生的外部电场，使小球A不受外电场的作用，所以A的位置不变． 【对点练习】 1.下列措施中，属于防止静电危害的是()
静电纺丝技术及其应用 师奇松, 于建香, 顾克壮, 马春宝, 刘太奇 3 (北京石油化工学院材料科学与工程系,北京102617) 摘 要:静电纺丝是一种新技术,它可制备出直径为纳米级的丝,最小直径可至1纳米。介绍了电 纺丝制备原理、设备、影响纤维性能的主要工艺参数,综述了静电纺丝技术应用的最新进展,如制备长度无限可控的微米Π纳米管子、超净纳米过滤材料等。关键词:纳米材料;纳米纤维;静电纺丝;应用中图分类号:TS 102.5 文献标识码:A 文章编号:036726358(2005)052313204 Electrospinning T echnique and Its Application SHI Qi 2s ong , Y U Jian 2xiang , G U K e 2zhuang , MA Chun 2bao , LI U T ai 2qi 3 (Department o f Material Science and Engineering ,Beijing Institute o f Petro 2chemical Technology ,Beijing 102617,China ) Abstract :E lectrospinning is a new technique ,which can be used to prepare nanofibers with a diameter down to 1nm.In this paper ,the theory of electrospinning technique ,the equipments for preparing a electrospun fiber and the technological parameters affecting the properties of electrospun fibers were introduced.The new development of the applications of electrospinning technique ,such as the preparation of micro Πnano tubes with controlled lengths and super 2purification filtering materials ,was reviewed. K ey w ords :nanometer material ;nanofiber ;electrospinning ;application 收稿日期:2003211214;修回日期:2004201212 基金项目:北京市组织部优秀人才启动经费(BZ 00172002),北京市人事局留学人员科技活动择优资助项目(BR 2016002)作者简介:师奇松(1977～),女,讲师,主要从事纳米纤维、相变材料的研究。E 2mail :liutaiqi @https://www.doczj.com/doc/a415565252.html,. 纳米纤维主要包括两个概念:一是严格意义上 的纳米纤维,是指纤维直径小于100nm 的超微细纤维。另一概念是将纳米微粒填充到纤维中,对纤维进行改性,也就是我们通常意义上的纳米纤维。纳米纤维有以下几种制备方法:静电纺丝法、海岛形双组分复合纺丝法、分子喷丝板纺丝法、聚合过程中直接制造直径纳米纤维,以及采用直接纺丝或后整理方法将纳米粉体材料与纤维复合,制备纳米纤维的 方法[1-3] 。1 静电纺丝技术 由于超细纤维的优良性能,人们对其制造方法进行了广泛的研究,但是用传统的纺丝方法很难纺出直径小于500nm 的纤维。而静电纺丝方法则能够纺出超细的纤维,直径最小可至1nm 。1.1 静电纺丝的成形工艺 静电纺丝技术与传统纺丝技术有着明显的不 同,即静电纺丝技术通过静电力作为牵引力来制备超细纤维。图1是静电纺丝装置示意图。如图所示,在静电纺丝工艺过程中,将聚合物熔体或溶液加上几千至几万伏的高压静电,从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力。当电场力施加于液体的表面时,将在表面产生电流。相同电荷相斥导致了电场力与液体的表面张力的方向相反。这样,当电场力施加于液体的表面时,将产生一个向外的力,对于一个半球形状的液滴,这个向外的力就与表面张力的方向相反。如果电场力的大小等于高分子溶液或熔体的表面张力时,带电的液滴就悬挂在毛细管的末端并处在平衡状态。随着电场力的增大,在毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将被拉伸成圆锥状,这就是T aylor 锥。当电场力
静电纺丝技术及其研究进展*杨恩龙 王善元 李 妮 赵丛涛 (东华大学纺织学院,上海,201620) 摘 要:静电纺丝是目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。概述了静电纺丝技术及其发展历程,静电纺丝射流的稳态和非稳态的研究成果。介绍了静电纺丝机、静电纺丝技术的新进展及静电纺纳米纤维膜的应用。最后指出静电纺丝的研究方向。 关键词:静电纺丝,纳米纤维,进展 中图分类号:TQ340.6;TS176 文献标识码:A 文章编号:1004-7093(2007)08-0007-05 近几年来,由于纳米材料研究的迅速升温,激起了人们对静电纺丝(又称电纺)进行深入研究的浓厚兴趣。和拉伸、相分离等方法相比,静电纺丝已成为制取纳米纤维最重要、最有效的方法。静电纺纳米纤维的发展历程见表1。 1 静电纺丝技术 1.1 静电纺丝的基本原理 使聚合物溶液或熔体带上高压静电,当电场力足够大时,聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。带电的聚合物射流拉伸细化,同时弯曲、劈裂,溶剂蒸发或固化,沉积于基布上形成纳米纤维膜。 1.2 静电纺丝的影响因素 静电纺丝的影响因素列于表2。 1.3 静电纺丝的优缺点 静电纺丝法简单、易操作。但是有如下缺点:第一,静电纺丝难以得到彼此分离的纳米纤维长丝或短纤维;第二,目前静电纺丝机的产量很低;第三,静电纺纳米纤维的强度较低。 2 静电纺丝机 2.1 喷丝头与收集板垂直排布的静电纺丝机 喷丝头与收集板垂直排布(立式)的静电纺丝 *国家自然科学基金资助项目(10602014) 收稿日期:2006-10-26 作者简介:杨恩龙,男,1980年生,在读博士研究生。主要从事静电纺纳米纤维的研究工作。 表1 静电纺丝的发展历程 年 份发 展 历 程 1934 Fo r mha ls申请了制备聚合物超细纤维的 静电纺丝装置专利[1] 1966 S i m ons申请了由静电纺丝法制备超薄、 超细非织造膜的专利[2] 1981 L arrondo等对聚乙烯和聚丙烯进行了熔 融静电纺丝的研究[3] 1995 R eneker研究组开始对静电纺丝进行研 究。静电纺丝迅速发展[4] 1999 Fong等对静电纺丝纳米纤维串珠现象及 微观结构作了研究[5~6] 2000 Spivak等首次采用流体动力学描述静电 纺丝过程,并且提出了静电纺丝的工艺 参数。R eneker等研究了静电纺丝过程 的不稳定性[7~8] 2003 全面系统地研究静电纺丝超细纤维微观 形貌的影响因素、表征、过程参数的改 进,以及静电纺丝制取纳米纤维后通过 煅烧制备无机氧化物超细纤维等 2004~2006 开发静电纺纳米纤维的原料。多组分聚 合物的静电纺丝。静电纺丝和其他方法 结合开发新型纳米纤维。捷克利贝雷茨 技术大学与爱勒马可(EL M ARCO)公司 合作生产的纳米纤维纺丝机 纳米蜘蛛 问世 机[9],主要用于静电纺丝的基础研究。 2.2 喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机 喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机(卧
安全管理编号：LX-FS-A43331 静电的应用和危害 In the daily work environment, plan the important work to be done in the future, and require the personnel to jointly abide by the corresponding procedures and code of conduct, so that the overall behavior or activity reaches the specified standard 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑
静电的应用和危害 使用说明：本安全管理资料适用于日常工作环境中对安全相关工作进行具有统筹性，导向性的规划，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 所谓静电，严格地说，是指电荷不发生移动，但通常情况下，静电应用也包含电流放电（如电晕放电）的应用，在实际生活中得到了广泛的应用，下面简要叙述几种静电的应用和危害。 1 静电的应用 (1) 静电集尘。是指用电气的方法去除气体中浮游的微小尘埃，集尘电极接地，放电电极上施加直流电压（-40～-200kV）并形成电晕放电。含尘气体由集尘电极下方进入放电区，粉尘会带上负极性电荷。荷负电的尘埃在电场作用下被集尘电极吸附，由此可去除气流中的粉尘。另外，放电电极为负极时，电极
静电纺丝技术的工艺原理及应用 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。这一技术的核心是使带电荷流体在静电场中流动与变形，最终得到纤维状物质，从而为高分子成为纳米功能材料提供了一种新的加工方法。由于纳米纤维具有许多特性，例如纤维纤度细、比表面积大、孔隙率高，因而具有广泛的应用。 1、静电纺技术 静电纺是一项简单方便、廉价而且对环境无污染的纺丝技术。早在20世纪30年代，Formals A就已经在其专利中报道了利用高压静电纺丝，但是直到近些年，由于对纳米科技研究的迅速升温，激起了人们对这种可制备纳米尺寸纤维的纺丝技术进行深入研究的浓厚兴趣。 1.1 静电纺技术的基本原理 静电纺丝技术(Electrospinning fiber technique)是使带电的高分子溶液(或熔体)在静电场中流动变形，经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，从而得到纤维状物质的一种方法。对聚合物纤维电纺过程的图式说明见图1。 静电纺丝机的基本组成主要有3个部分：静电高压电源、液体供给装置、纤维收集装置。静电高压电源根据电流变换方式可以分成DC／DC和AC／DC两种类型，实验中多用IX；／DC电源。液体供给装置是一端带有毛细管的容器(如注射器)，其中盛 有高分子溶液或熔体，将一金属线的一端伸进容器中，使液体与高压电发生器的正极相连。纤维收集装置是在毛细管相对端设置的技术收集板，可以是金属类平面(如锡纸)或者是旋转的滚轮等。收集板用导线接地，作为负极，并与高压电源负极相连。另外随着对实验要求的提高，液体流量控制系统也被渐渐的采用，这样可以将液体的流速控制得更准确。电场的大小与毛细管口聚合物溶液的表面张力有关。由于电场的作用，聚合物溶液表面会产生电荷。电荷相互排斥和相反电荷电极对表面电荷的压缩，均会直接产生一种与表面张力相反的力。当电场强度增加时，毛细管口的流体半球表面会被拉成锥形，称为Taylor锥。进一步增加电场强度，是用来克服表面张力的静电排斥力到达一个临界值，此时带电射流从Taylor锥尖喷射出来。带电后的聚合物射流经过不稳定拉伸过程，
第1章静电学基本原理 静电放电Electrostatic Discharge ESD 人体模型（HBM） 机器模型（MM） 放电器件模型（CDM） 传输线脉冲（TLP） 超快传输线脉冲（VF-TLP） 过电应力Electrical Overstress EOS 电磁干扰Electromagnetic Interference EMI 电磁场所产生的的干扰或者噪声。电磁干扰是电场或磁场对电子元件、磁元件以及电磁系统的干扰。 电磁兼容Electromagnetic Compatibility EMC 一个电子系统在预期的电磁环境中正确运行，并且不成为该电磁环境中的发射源的能力。电磁兼容包含两个特征：一是能发射电磁场；二是能收集电磁能量。 导体、半导体、绝缘体 静电耗散材料（表面电阻：104~1011Ω，体电阻：104~1011Ω cm）避免静电累积或大电流 电介质击穿是一种由过电应力或静电放电事件所引起的失效机理
第2章生产和静电的基本原理 静电放电现象发展初期，主要挑战：如何创造一个没有ESD问题的生产环境？如何发现ESD的关注点？如何鉴定生产线？如何监控生产线？如何检查和验证生产线符合规范的要求？对ESD的测量、监测、评估、检查和验证是关键问题。 2.1 材料、工具、人为因素和静电放电 2.2 制造环境和工具 2.3 生产设备和ESD生产问题 2.4 生产材料 2.5 测量和测试设备 接地及连线系统 工作台面 防静电腕带 监视器 鞋类 地板 人员服装接地 离子发生器 座椅 移动设备 包装
生产符合性测试 直流欧姆表 手持式电极 脚式 评估生产环境，直流欧姆表的精度要达到±10%，并能测量范围0.1~1.0*106Ω的直流电阻。
近年来，由于疾病、人口老龄化、意外事故等造成大量的人体器官和组织的损坏和功能缺失，如何实现人体组织和器官的快速修复和重建以及治疗药物在人体内的可控释放已成为生物医学研究领域面临的重要问题。 要使缺损的组织和器官得以修复和重建，其过程是构建有生物活性的细胞支架材料，这种支架可以载有生长因子或本体细胞，植入体内后支架材料逐渐被分解和吸收的同时，细胞增殖并形成新的组织，从而修复缺损组织替代器官，支架材料或作为一种体外装置，暂时替代器官功能，达到提高生命质量，延长生命的目的。 自20世纪60 年代以来，对于药物控制释放体系的研究，受到研究者的广泛关注。与传统给药模式相比药物控制释放具有显著的优点，除提高药物治疗的准确性、有效性、安全性外，还明显降低了药物的生产成本和不良反应，药物控制释放材料的研究得到迅速发展，其中制备性能优良的药物载体已成为药物控制释放技术的研究热点。 由于高分子材料的化学组成、加工工艺和性能易于调控，在一定尺度上通过调控聚合过程或加工工艺，可易于改变或调节材料的物化性能，因此把组织工程学和药物控制释放原理与高分子材料结合起来，合成具有生物相容性和刺激响应性的生物功能材料，具有重大的科学意义和广阔的应用前景。
静电纺丝作为一种简单、有效、方便而经济的高分子材料加工技术，其技术核心是将具有一定粘度且带有电荷的高分子熔体或溶液在高压静电场中喷射、拉伸细化、劈裂，终固化成微纳米级纤维状物质的过程。 静电纺聚合物纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、良好的三维结构和各向同性的力学性能等优点，能够满足组织工程中细胞支架和药物控释载体在比表面积、多孔结构和力学性能等方面的要求，而且具有纤维孔隙结构的支架材料与细胞增殖有良好的适配性，可有效模拟细胞外基质环境，同时比膜状材料更有利于细胞粘附。 国内纳米纤维和静电纺丝技术正在蓬勃发展，科研发文数量一直位居全球首位。近年来，电纺纤维及其纤维膜由于高的比表面积，高的孔隙率以及形貌可控等优点在伤口愈合方面引起了很多关注，电纺纤维膜一方面能够物理隔绝病毒和细菌，又能够透气保湿，给伤口营造一个良好的愈合环境。 另一方面，电纺纤维的直径以及纤维膜的孔径与细胞外基质的尺寸相仿，能够促进细胞生长，加速伤口愈合速度，减少疤痕产生，因此在创伤敷料方面有独特的优势。 但大多数电纺敷料通常是经过先制备再应用的过程，容易对伤口造成二次创伤。原位电纺目前是一种较为理想制备及应用电纺敷料的方法。便携式手持静电
静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景 引言： 术语“电纺”来源于“静电纺丝”。虽然电纺这一术语是20世纪90年代才开始使用，但是其基本思想可以追述到60年前。1934一1944年间，FomalaS[1]申请了一系列的专利，发明了用静电场力来制备聚合物纤维的实验装置。1952年，vonnegut和NeubauerI53)发明了电场离子化技术，得到了粒径(0.lmm)均匀、带电程度高的线流。1955年，Drozin进行了不同液体在高电压下，形成气溶胶的研究。1966年，Simons发明了一种装置，用静电场纺丝法制备出了很轻超薄的无纺织物，他在研究中发现，低浓度溶液纺出的纤维较短且细;高浓度溶液纺出的纤维长且连续[2]。1971年，Baumgarten采用静电纺丝法制备出了直径在0.05u m一1.1um的丙烯酸纤维。自从80年代，特别是近些年，由于纳米技术的兴起，使得静电纺丝技术再度引起了纳米材料研究人员的高度关注。采用静电纺丝技术可以很容易的制备出直径在几百微米到几百纳米甚至几十纳米的高质量纤维。目前为止，己经有近上百种高分子采用静电纺丝技术被纺成纳/微米纤维。这些纳/微米纤维有些己经广泛应用于纳米复合材料、传感器、薄膜制造、过滤装置，以及生物医用材料的加工和制造上。本文立足于静电纺丝技术的研究现状，分别从材料的化学组成、纤维的分布方式和特殊结构形态三个方面进行了阐述。同时，概括并展望了纳米纤维的应用领域与前景。 1静电纺丝的基本原理 在电纺丝过程中，喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。在外加电场作用下，受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴，在电场诱导下表面聚集电荷，受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时，喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状，形成所谓的“泰勒锥”(Taylorcone)[3-6]。而当电场强度增加至一个临界值时，电场力就会液体的表面张力，从“泰勒锥”中喷出。喷射流在高电场的作用下发生震荡而不稳，产生频率极高的不规则性螺旋运动。
静电的应用和危害参考文 本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
静电的应用和危害参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 所谓静电，严格地说，是指电荷不发生移动，但通常 情况下，静电应用也包含电流放电（如电晕放电）的应 用，在实际生活中得到了广泛的应用，下面简要叙述几种 静电的应用和危害。 1 静电的应用 (1) 静电集尘。是指用电气的方法去除气体中浮游的微 小尘埃，集尘电极接地，放电电极上施加直流电压（-40～ -200kV）并形成电晕放电。含尘气体由集尘电极下方进入 放电区，粉尘会带上负极性电荷。荷负电的尘埃在电场作 用下被集尘电极吸附，由此可去除气流中的粉尘。另外， 放电电极为负极时，电极间放电电压比放电电极为正极性 时要高，因此可采用较高的电场强度。但是，对于室内空
气净化用小型集尘器，为了不产生有害的臭氧，通常采用正电晕放电。近年来，高性能，经济的电气集尘器已得到开发应用，如现在在火力发电厂中普遍装设了电除尘装置，为防止大气污染作出了突出贡献。 (2) 静电喷涂。利用电气集尘的原理，可以高效的喷涂。例如，使涂料微粒化，并使其带上负电荷，而被涂的金属物体接地，喷出的粒子会沿着电力线移动，使涂料牢固地附着在物体的表面。静电涂料具有：①涂料浪费少； ②可均匀牢固的喷涂；③可流水作业，而且可利用传送带进行大规模生产等优点，被广泛用于汽车、家电产品以及电动机等的喷涂。 (3) 静电摄影。静电摄影是用静电记录图像的，方法多种多样，下面说明其中一种方法，首先将蒸发镀有硒膜的金属极板置于暗室，利用电晕放电使其带上正电荷。然后使其曝光，光照射到部分的硒膜会失去正电荷，在硒膜上
探讨静电纺丝技术的研究进展 摘要：静电纺丝工艺是目前能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法，具有 工艺简单、操作方便、制造速度快等优点，在医学和环保等领域有广泛应用。介 绍了近年来静电纺丝技术及其应用的研究进展，对静电纺丝的原理、影响因素等 方面进行了综述，对静电纺丝技术在未来的应用提出展望。 关键词：静电纺丝；纳米纤维；进展 引言 纳米纤维严格意义上是指纤维直径小于100nm的超微细纤维。它具有比表面 积大、孔隙率高等特点，因而可广泛应用于高效过滤材料、生物材料、高精密仪器、防护材料、纳米复合材料等领域。20世纪90年代纳米技术研究的升温，使 纳米纤维的制备迅速成为研究热点。静电纺制备聚合物纳米纤维具有设备简单、 操作容易等特点，是目前为止制备聚合物连续纳米纤维最重要的方法之一。 1静电纺丝 静电纺丝设备的简图如图1所示，主要由3部分组成：高压电源、喷丝头和 纤维收集装置。一般采用直流电源供应高压电，而不是交流电源。静电纺丝所需 的高压电为 1～30kV。注射器（或者移液管）将溶液或熔体输送到其末端的喷丝 头处。喷丝头是非常细的金属管且装有电极。收集装置或接收板用于收集纳米纤维，通过改变收集装置的几何尺寸与形状，可调整纳米纤维的排列形态。 2静电纺丝技术的原理 早在1882年，Ｒaleigh的研究发现，带电的液滴在电场中不稳定，进入电场之后，由于 电场力的作用，容易劈裂成较小的液滴。Taylor的研究表明，带电的液滴通过喷丝头进入电 场以后，在电场力以及液体表面张力的共同作用下，液滴逐渐被拉长，形成一个锥状体（Taylor锥），并确定其角度为49.3°。 静电纺丝过程中，聚合物溶液或熔体被挤压到喷丝头，由于电场力和表面张力的作用， 在喷丝头处形成Taylor锥，随着纺丝液不断的被推入电场，纺丝液便会从Taylor锥尖端喷出，在电场中受电场力的作用而被继续拉伸，当射流被拉伸到一定程度时，便会克服表面张力， 发生非稳定性弯曲进而被拉伸并分裂成更细的射流，此时射流的比表面积迅速增大而使溶剂 快速挥发，最终在收集装置上被收集并固化形成非织造布状的纤维毡。 3静电纺丝的影响因素 静电纺丝的影响因素主要包括溶液性质（如黏度、浓度、相对分子质量分布、弹性传导率、介电常数、表面张力等），过程条件（如电压、挤出率、喷丝头与接收装置之间的距离、喷丝头直径等）和环境因素（如温度、湿度、气体流速等）。对于这一方面，很多人进行了 研究。 现有的研究结果表明，在静电纺丝过程中，影响纤维性能的主要工艺参数主要有：聚合 物溶液浓度、纺丝电压、固化距离（喷嘴到接丝装置距离）、溶剂挥发性和挤出速度等。 （1）合物溶液浓度 聚合物溶液浓度越高，粘度越大，表面张力越大，而离开喷嘴后液滴分裂能力随表面张 力增大而减弱。通常在其它条件不变时，随着聚合物溶液浓度的增加纤维的直径也增大。 （2）纺丝电压 随着对聚合物溶液施加的电压增大，体系的静电力增大，液滴的分裂能力相应增强，所 得纤维的直径趋于减少。 （3）固化距离 聚合物液滴经喷嘴喷出后，在空气中伴随着溶剂挥发细流中的同时，合物浓缩固化成纤维，最后被接丝装置接受。对于不同的体系，固化距离对纤维直径的影响不同。例如，对于 聚苯乙烯（PS）/四氢呋喃（THF）体系研究表明，改变固化距离，对纤维直径的影响不明显。
开题报告 应用化学 通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维 一、选题的背景与意义 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。由于能直接、连续制备聚合物纳米纤维，因而成为国内外的研究热点。利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维是今年来发展起来的一项新的技术，然而由于导电高分子具有不溶，不熔的特点，利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维过程中遇到了许多困难，主要的问题在于：第一，导电聚合物刚性结构的特性使得静电纺丝过程难以进行；第二，大多数关于静电纺丝制备导电聚合物纤维的研究和应用仅仅处于实验室阶段，因此，必须通过更加深入的研究来探索静电纺丝技术制备聚合物纤维的最科学、最有效的方法，这将作为一个刺激，来实现在工业中大规模生产可控、可重复利用的静电纺丝聚合体纤维。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 综述利用静电纺丝技术制备导电聚合物纳米纤维的方法及相应的导电聚合物纤维的用途，综合对比各种方法的优缺点。 制备聚2乙烯基吡啶纳米纤维，利用它作为模板制备聚吡咯纳米纤维，尝试新的合成导电聚合物纳米纤维的方法。 三、研究的方法与技术路线： 合成聚2乙烯基吡啶，将2-乙烯基吡啶在引发剂存在聚合，产生聚2-乙烯基吡啶。 将聚2-乙烯基吡啶同氯金酸混合后，通过静电纺丝直接在高压下纺成纳米纤维。 上述纳米纤维在吡咯蒸汽中进行气相聚合，制备成核壳结构的聚吡咯纳米纤维。四、研究的总体安排与进度： 2010.07.08至2010.07.11：翻译文献，熟悉实验流程，设计实验步骤； 2010.07.12至2010.08.10：通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维；2010.11.08至2010.12.25：完成文献综述，文献翻译和开题报告； 2011.04.18至2011.05.08：撰写论文，准备答辩； 2011.05.12至2011.05.19：论文答辩。 五、主要参考文献： [1].Ioannis S. Chronakis , Sven Grapenson , Alexandra Jakob . Science Direct
250 CPCI 中国石油和化工 石油工程技术 静电纺丝技术应用 王市伟 （郑州大学力学与工程科学学院 河南郑州 450001） 摘 要：基于电纺的纤维的许多优点，如高比表面积、高的孔隙率以及可以通过调控溶液和工艺参数得到预期的纤维形貌和力学性能，静电纺丝纤维在诸多方面有广泛的应用。 关键词：静电纺丝 性能 应用 1 组织工程 组织工程是一个多学科领域，涉及工程和生命科学的原理。为生物替代品的发展，也为恢复、维护或改善组织提供条件。生物材料是一个新兴的研究领域，在多方面的研究中起着举足轻重的作用。例如在组织工程中作为细胞生长、增殖的基质，并有利于三维新组织的形成。与其他纤维形成的过程如自组装和相分离技术相比，静电纺丝提供了一种更简单和更具成本效益的手段，用于生产具有相互连接的孔隙结构和纤维直径处在亚微米尺度的纤维支架。 2 过滤 静电纺丝方法制备的无纺产物已成功用于高性能的空气过滤器。纳米纤维膜可以有效地去除空气中直径在1μm-5μm 间的颗粒。这不仅靠物理截留机理也靠空气过滤器中的电动捕捉。聚合物纳米纤维的静电电荷也会改变粒子的静电吸引能力。不通过增加压降，而是将将纺丝和充电结合可以提高过滤效率。过滤效率与纤维细度密切相关，所以这是考虑过滤性能的重要方面。一般情况下，随着过滤膜厚度的减小和外加压力的增加，过滤器的效率呈线性增加。在纤维直径小于0.5μm 的情况下，保持相同压降，过滤效率有可能增强。 3 生物传感器 生物传感器，通常包括生物功能膜和传感器。已被广泛应用于环境、食品和临床。具有先进的微制造和信号处理技术的现代生物医学传感器正变得越来越精确和廉价。静电纺丝纳米纤维膜已经获得了极大的关注。其独特的大表面积的特点促进了它在传感器上的应用，主要因为增大表面积可以提高电导传感器灵敏度。较大的表面积可以吸收更多的气体进行分析，使得传感器的电导率变化更加明显。以丝素膜为基础的生物传感器已被广泛用于分析各种物质，如葡萄糖、过氧化氢和尿酸。 4 能源发电 高分子导电膜在许多方面都有应用前景，如静电耗散、腐蚀保护电位、电磁屏蔽、光电器件和微型电子器件或机器的制造如肖特基结，传感器和执行器等。因为电化学反应的速率与电极的表面积 成正比。导电纤维膜也用于开发高性能的电池和聚合物电解质膜燃料电池，由于其较高的孔隙率和本身的大面积。聚合物电池的导电纤维也有许多特性，例如不漏液、高维灵活性和单位重量的能量密度高。 5 化妆品 有无添加剂的电纺纳米纤维膜，作为皮肤护理的化妆品被运用于许多方面。如皮肤愈合、皮肤清洁或其他治疗和医疗用途。静电纺丝纳米纤维面膜具有高表面积，有利于更好的使用，也加快了添加剂向皮肤的渗透效率。静电纺丝制成的美容护肤面膜可以无痛且直接地与三维形态的皮肤进行贴合，为皮肤提供治疗或保健。为了皮肤的健康与美容，护肤因子可以渗透到纤维膜中制成面膜。由于孔径小和比表面积大，静电纺纳米纤维面膜已经具有很大的前景。 6 未来前景 为了改善电纺纤维的适用性，各种创新的静电纺丝技术得到了应用。包括同轴静电纺丝、混合静电纺丝、核壳型静电纺丝、吹塑辅助型静电纺丝等。最近，将纳米纤维膜用于组织工程支架引起了广泛的兴趣。纳米纤维支架相比于宏观支架可以更好地模拟细胞外基质并提供三维环境。因此，静电纺丝纳米纤维支架在未来的组织工程中具有巨大的应用潜力。有研究正在对纤维纤维的性能进行改善，并且会扩大这个范围。在未来，电纺纳米纤维有希望得到更广泛的应用。 参考文献：[1]李蒙蒙，朱瑛，仰大勇，蒋兴宇，马宏伟.静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展[J].高分子通报，2010，5(9)：42~50. [2]覃小红，王善元.静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景[J].高科技纤维与应用，2004，29(2)：28~32. [3]Eduard Zhmayev ，Huajun Zhou ，Yong Lak Joo. Modeling of non-isothermal polymer jets in melt electrospinning[J].Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics ，2007，153 (2)，95~108. 作者简介王市伟，男（汉），河南人，硕士生导师，主要从事聚合物加工新方法及高性能化研究。 *本研究得到河南省基础与前沿技术研究计划项目（152300410033）。
静电屏蔽原理_静电屏蔽的应用
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静电屏蔽原理_静电屏蔽的应用 在探究静电屏蔽前，我们先来说一下静电感应现象。 如果将导体放在电场强度为E的外电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，会逆电场方向运动。这样，导体的负电荷分布在一边，正电荷分布在另一边，这就是静电感应现象。静电感应是静电屏蔽的基础。 由于导体内电荷的重新分布，这些运动后的电荷（如下图导体W自身的电荷）会在与外电场相反的方向形成另一电场。 通过受力分析可知，当产生的电场强度E’小于E时，导体W中的电荷受力并不平衡，电荷还会继续运动，直至受力平衡，即E’=E的情况下。
图示金属导体W内部中空地带C处的电场强度为零 根据场强叠加原理，导体内的电场强度等于自身的电荷产生的E’和外部电场E的叠加，等大反向的电场叠加而互相抵消，使得导体内部总电场强度为零。 当导体内部总电场强度为零时，导体内的自由电子不再移动。物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡。 处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。由此可推知，处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。如果这个导体是中空的，当它达到静电平衡时，内部也将没有电场。 这样，导体的外壳就会对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不
受外部电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。 静电屏蔽应用 很多细心的同学可能发现了很多轿车都有外置天线，这就是因为汽车自身就是一个箱式导体，起到了静电屏蔽的作用，车内的信号不好。我们用外置天线来加强信号的接受能力。 在军事或工业上，有些电子器件或测量设备为了免除干扰，都要实行静电屏蔽，例如军用电子仪器设备外面的金属罩，用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。 军事通讯电缆外面包的铅皮，或在外面包一层金属丝，就为了静电屏蔽的效果，使信号不受干扰等等，又如军事设施中的室内高压设备罩上接地的金属罩或较密的金属网罩，电子管用金属管壳。 在军事上广泛应用的，作全波整流或桥式整流的电源变压器，在初级绕组和次级绕组之间包上金属薄片或绕上一层漆包线并使之接地，达到屏蔽作用。 在对军事设备进行高压带电作业中，操作、维修人员穿上用金属丝或导电纤维织成的均压服，可以对人体起屏蔽保护作用。
静电纺丝技术以及静电纺丝纳米纤维在不同领域的应用本文内容主要参考了夏幼南教授的一篇综述文章[1],本人只是自己语言重新组织了一下他的文章内容，并在此基础上加入了一些个人的理解。基于上述原因，在此向夏幼南老师表示特别感谢。 1. 纳米静电纺丝技术发展的历史 静电纺丝技术又简称静电纺丝或者电纺丝，其发展历史最早可以追溯到1600年,William Gilbert 在存在外部电场的情况下观察到了一个锥形水滴[2]。随后在1887年，Charles Boys 利用一种粘弹性的液体通过静电纺丝制备出了纳米纤维[1]。1938年，静电纺丝纳米纤维被用于制造空气过滤装置的过滤网芯，静电纺丝纳米纤维首次得到了应用[1]。从1938年至今，静电纺丝技术不断发展并逐渐走向成熟，如今已经被应用在了各个领域，极大的推动了科学研究和工业生产的进步与发展[3,4]。 2. 纳米静电纺丝技术 2.1. 静电纺丝技术的原理 图1. 静电纺丝装置示意图[5] 静电纺丝技术是指聚合物熔体或者溶液在高压静电场的作用下形成纤维的
过程。静电纺丝技术装置主要由三部分组成，分别是高压电源，喷丝头以及接收板（图1.）。其中电源可以是直流电源，也可以是交流电源，不同类型的电源对纳米纤维的形成有一定的影响，这里不再详细介绍。喷丝头可以使用带有注射器针头的塑料管、金属管及玻璃管等，喷丝嘴一般为0.1~1 mm。接收板用来接收经溶剂挥发或者熔体固化后所形成的聚合物，一般采用导电金属板、硅片及导电玻璃等。具体使用过程中，金属板表面要用锡纸、纺布等包裹起来，方便转移纳米纺丝并防止接收板被污染或者被弄脏[6]。 电源的两极分别接在喷丝头和接收器上，在高压静电纺丝的过程中，溶液或者熔融高分子表面带上了电荷并产生了电场力，溶液的表面张力与电场力方向相反。随着电压的增大，电场力大于表面张力时，带电溶液从喷丝口喷出，从而形成喷流。喷流在空气中运动的过程中，经溶剂挥发，降温冷却等过程逐渐固化，最后被收集于接收器上。 图2. 静电纺丝纳米纤维所受横向力示意图[7] 图3. 纳米纤维弯曲运动示意图[8]